KR100902071B1

KR100902071B1 - Ｌｅｄ 램프를 이용한 식물 촉성 재배 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100902071B1
Application number: KR1020090018826A
Authority: KR
Inventors: 박후원
Original assignee: (주)카스트엔지니어링
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2009-06-09
Also published as: JP2010200746A; JP4991806B2

Abstract

본 발명은 LED 램프의 빠른 ON/OFF 특성과 단색 발광특성을 이용하여 적색LED 램프와 청색LED 램프의 혼합비율을 적절히 조절하고 빛이 조사되는 광량비를 조절하며 점등시간과 소등시간을 일정속도 범위에서 반복하는 수단으로 통해 재배식물의 성장을 최대로 촉진시킬 수 있게 한 촉성재배 방법과 그 장치를 제공하는 것으로서 구체적인 것은 660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED를 그 수량비가 5:1의 비율로 혼합하여 적색LED 대 청색LED의 광량비율이 5:1 또는 10:1로 조정되게 하고 점등과 소등시간 비율이 1:1 또는 1:2로 되어 점등시간이 100마이크로초에서 10초 사이에서 조정되게 하는 방법으로 이루어지는 LED 램프를 이용한 식물 촉성 재배 방법 및 장치이다.

적색LED램프, 청색LED램프, 식물촉성, 파장대

Description

ＬＥＤ 램프를 이용한 식물 촉성 재배 방법 및 그 장치{LED lamp using cultivation method and the device plants}

본 발명은 LED 램프의 빠른 ON/OFF 특성과 단색 발광특성을 이용하여 적색LED 램프와 청색LED 램프의 혼합비율을 적절히 조절하고 빛이 조사되는 광량비를 조절하며 점등시간과 소등시간을 일정속도 범위에서 반복하는 수단으로 통해 재배식물의 성장을 최대로 촉진시킬 수 있게 한 촉성재배 방법과 그 장치를 제공하는 것이다.

식물이나 식물성 플랑크톤에 함유된 엽록체가 햇빛의 힘으로 탄산가스와 물로부터 전분등의 탄수화물을 합성하는 작용을 탄소동화작용이라 하고, 생태계에서는 영양물 생성 및 공기와 물속에 산소를 공급하는 근원이 되고 있고, 녹색식물이나 그 밖의 생물이 빛에너지를 화학에너지로 바꾸는 과정을 광합성이라하며, 지구상의 생물은 공기중의 산소와 지상의 탄소화합물 때문에 살아갈 수 있는데 이 두 가지 모두가 광합성에서 비롯된다.

따라서 식물의 광합성이 보다 효율적으로 달성되기 위해서는 특정영역의 파장대에 속하는 광원을 효과적으로 공급하는 방법을 통해 달성될 수 있다.

본 발명은 이러한 원칙에 대응할 수 있도록 특정 파장대에 속하는 LED 램프를 이용하여 식물성장을 촉진시키는 방법과 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED를 선택하여 적색LED과 청색LED의 조합 비율을 5:1로 하고 그 광량비율을 5:1 내지 10:1로 조합하면서 점등과 소등 시간 비율을 1:1 내지 1:2로 설정하는 수단으로 빛을 조사하여 최대의 광합성 효율을 높이는 것이며, 이러한 방법을 지속적으로 재배식물에 공급할 수 있는 LED 램프 조명장치를 통해 목적하는 고효율의 성장촉진을 달성하는 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED를 5:1의 비율로 조합하고 적색LED과 청색LED의 광량 혼합비를 5:1 내지 10:1의 비율로 설정한 다음 점등과 소등시간 비율을 1:1 또는 1:2 설정하여 공급하며 점등시간을 100마이크로초에서 10초 사이로 설정하여 공급함으로써 최대의 광합성 효율을 얻을 수 있었고(도1~도3참조) 특히, 대부분의 식물은 660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED에서 양호한 광합성이 이루어지지만 적색LED 램프와 청색LED 램프의 광량비가 5:1 내지 10:1 일때 가장 왕성한 광합성이 달성되는 것을 알 수 있었다.

또 빛을 연속적으로 비출 때 보다 빠른 속도로 ON/OFF 시킬 때 그 효과가 증가하는 것을 확인했으며, 점등대 소등시간 비율은 1:1 또는 1:2로 했을 때가 최고의 효율을 나타내었고, 점등시간은 100마이크로초에서 10초 사이가 가장 적절한 것을 알 수 있었다.

아울러 본 발명은 660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED의 수량비를 5:1 비율로 조합하고 청색LED의 세기를 따로 조정하여 적색LED 대 청색LED의 광량비율을 5:1 내지 10:1의 비율로 조합할 수 있게 구성하여 점등과 소등시간 비율을 1:1 또는 1:2로 설정하여 점등과 소등을 할 수 있도록 콘트롤러와 스위치 장치를 구성하여 사용함으로써 재배 식물의 성장촉진에 필요한 정확한 파장대의 광량과 조사시간을 조정하여 시간차를 두고 공급할 수 있고 이를 통해 최대의 효율을 얻게 되는 성과를 얻을 수 있었다.

본 발명은 660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED의 수량을 5:1 로 조합하고, 청색LED의 밝기는 따로 조정하여 적색LED와 청색LED의 광량 비율을 5:1 내지 10:1의 비율로 조합할 수 있게 구성하고 점등과 소등시간 비율을 1:1 또는 1:2로 하며 점등시간을 100마이크로초에서 10초 사이로 설정하는 방법으로 적색LED와 청색LED의 광량비와 조명시간을 조정할 수 있게 한 LED 램프를 이용한 식물 촉성 재배 방법이다.

이를 위해 본 발명은 도 6 내지 도 7에 예시바와 같이 절연제로 된 조명판(1)에 660 나노미터 파장대의 적색LED(2)와 450 나노미터 파장대의 청색LED(3)를 적색LED 5줄에 청색LED 1줄을 배치하는 수단으로 LED를 수량비가 5:1로 구성되게 배치한 절연제 조명판(1)을 구성하고 조명판에 배치되는 5줄의 적색LED를 직열 배치하고 1줄의 청색LED를 직렬 배치하여 적색LED와 청색LED의 －단자를 공통단자로 연결하고 적색LED와 청색LED의 ＋단자에 적색LED 드라이브 전원과 청색LED 드라이브 전원을 인가하여 콘트롤러 회로에 청색LED ＋전원공급전압 조정을 위한 밝기조정부(4)와 LED ON/OFF 제어용 스위치조정부(5)를 갖추어서 이루어진다.

또한, 배치된 LED는 여러개가 직렬로 이루어져 한 쪽에 전류 제한용 저항 (RL)이 직렬로 연결된다.

또, 적색LED와 청색LED의 광량비율이 5:1이 되게 하기 위해 적색LED는 5줄, 청색LED는 1줄이 기본적으로 장착되어 있고, 청색LED 줄에 공급되는 전원전압만은 따로 컨트롤러에서 분리 조정이 가능하도록 하여 그 빛의 양을 가감하도록 한다. 예를 들어 청색LED는 공급전압을 적색LED와 같게 하면 적색LED 대 청색LED 광량 비율은 5:1이 되나(적색LED 5줄, 청색LED 1줄이므로)청색LED에 공급하는 전압을 낮추어 전류를 반으로 줄이면 적색LED 대 청색LED의 광량비율은 10:1이 되고 만일 전압 을 더 낮추면 청색LED만 꺼지게 된다.

한편, 컨트롤러는 청색LED 밝기 조정부와 ON/OFF 시간 조정부로 구성되어 있다.

먼저 밝기 조정부에서는 청색LED 공급 전압 조정회로가 있어 여기서 VR을 돌려 B점의 위치를 M에서 N까지 이동, 청색LED 공급전압(Vb)을 조정한다.

여기서 ZD는 제너다이오드(ZenerDiode)이다. ZD의 전압은 N점의 전압을 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하는데 이 ZD는 전압은 도 5의 N점, 즉 Vd점과 동일한 전압용을 사용한다.

예를 들어 LED 가 1줄에 20개 직렬연결되어 있고, 각 LED 양단의 동작전압이 1.8V라고 하면 Vd점의 전압은 36V가 되는데(1.8V×20개), 이때의 ZD전압도 36V용을 사용하면 N점의 전압도 36V가 되어, VR을 돌려 B를 N점으로 이동시키면(최소) Vd 전압도 36V가 되고, 이때 청색LED에는 전류가 하나도 흐르지 않게 된다(꺼진다)

그러나 VR을 돌려 B점을 M점으로 이동하면(최대) Vb 전압은 Vr전압과 같아져 청색LED도 적색LED와 같은 밝기가 되고(적색LED과 청색LED의 비율 5:1), B점을 M과 N의 중간지점에 놓으면 Vb 전압은 41V(36V와 46V의 중간)가 되어 청색LED 전류는 적색LED의 절반이 되어 청색LED 밝기는 적색LED가 반으로 되므로 적색LED와 청색LED의 비율은 10:1이 된다.

이렇듯, Vb는 Vd와 Vr사이(예에서는 36V에서 46V사이)에서 VR에 의해 임의가변될 수 있어 쉽게 적색LED에 대한 청색LED의 배율을 쉽게 임의 조절할 수 있다.(Vb가 Vr이때 최대 5:1, Vb가 Vd일 때 꺼짐, Vb가 Vr과 Vd의 중간 지점일 때 적 색LED과 청색LED의 비율10:1)

컨트롤러에서는 또한 LED 램프를 ON/OFF 해주기 위한 시간제어부가 있다.

여기서 트래지스터, FET 또는 IGBT와 같은 반도체 소자로 된 고속 ON/OFF 스위치(S 1)을 LED 램프에 공급되는 전원의 －측(공통단자)에 직렬로 연결해 둔 후 이 S 1 을 ON/OFF 시켜가면서 LED를 점등, 또는 소등시킨다. ON/OFF 시간은 아래그림과 같고 S 1은 b점이 H가 되면 ON, L가 되면 OFF 되는데, 이 신호는 두개의 단안정 회로(Mono 1과 Mono 2)를 피드백 결합하여 발진회로를 구성한 결과 발생하고, 여기서 Mono 2는 ON 시간을, Mono 1은 OFF 시간을 설정한다.

위 그림에서와 같이 Mono 1의 출력점 a점의 하강신호를 Mono 2를 트리거하고 Mono 2의 출력점 b점은 다시 Nono 1 에 Feed back 되어 Mono 1을 트리거시켜 무한 ON/OFF 동작을 하고 Mono 2의 출력신호는 b는 S 1 을 ON 시켜 LED 를 점등시킨다.

여기서 Mono 1의 C 1, R 1을 가변, 소동시간(OFF TIME)을 조절하고, Mono 2의 C 2, R 2를 가변, 점등시간(ON TIME)을 만드는데 ON, OFF TIME은 각각 대략 100 마이크로초에서 10초 까지이다.

만일 모든 LED를 연속 점등시키고자 할 때는 S 2를 ON 시키면 된다.

도 1은 LED 램프 파장대에 따른 광합성 성취도

도 2는 LED 램프 색상 조합에 따른 광합성 성취도

도 3은 LED 램프 조명시간별 광합성 성취도

도 4는 본 발명의 조명장치 구성도

도 5는 본 발명의 LED 램프 회로도

도 6은 본 발명의 컨트롤러 회로도

도 7은 본 발명의 전체적인 장치 예시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 : 전열판 2 : 적색LED

3 : 청색LED 4 : 밝기조정부

5 : 스위치 조정부 6 : 컨트롤러

Claims

660 나노미터 파장대의 적색LED와 450 나노미터 파장대의 청색LED를 그 수량비가 5:1의 비율로 혼합하여 적색LED 대 청색LED의 광량비율이 5:1 또는 10:1로 조정되게 하고 점등과 소등시간 비율이 1:1 또는 1:2로 되어 점등시간이 100마이크로초에서 10초 사이에서 조정되게 하는 방법으로 이루어지는 LED 램프를 이용한 식물 촉성 재배 방법
절연제 조명판(1)에 660 나노미터 파장대의 적색LED(2)와 450 나노미터 파장대의 청색LED(3)를 그 수량비가 5:1의 비율이 되게 배치하여 적색LED와 청색LED의 광량비율을 5:1 또는 10:1로 조정할 수 있게 배치한 LED 전광부와 적색LED와 청색LED에 드라이브 전원을 공급하고 밝기조정부(4)와 LED ON/OFF 제어용 스위치 조정부(5)를 갖춘 콘트롤러(6)로 이루어진 LED 램프를 이용한 식물촉성 재배 장치
상기 2항에서

LED 공급전원은 청색LED 공급 전원에만 전압조정이 가능한 기능을 주어 청색LED의 광량이 적색LED의 5분지 1에서부터 10분지 1까지 또한 청색LED가 꺼지도록 조정할 수 있는 기능을 가지고 적색LED와 청색LED 공급 공통선에 직렬로 연결된 반 도체 스위치(S 1)을 두고 이를 100마이크로초에서 10초 사이에서 켰다 껏다를 반복할 수 있게 시간제어가 가능토록 구성한 콘트롤러를 구비하여서 되는 LED 램프를 이용한 식물 촉성 재배장치